老王大講堂（序）：連接一切的不是微信，而是傳感器

　　2、傳感器的技術(shù)指標：

　　實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)系統中，需要對各種參數進(jìn)行檢測和控制，而要達到比較優(yōu)良的控制性能，則必須要求傳感器能夠實(shí)時(shí)感知被測量量的變化，并不失真地將其轉換為相應的電量，這種要求主要取決于傳感器的基本特性，通常把傳感器的特性分為兩種：靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。

　　1) 傳感器的靜態(tài)特性

　　靜態(tài)特性是指輸入不隨時(shí)間而變化的特性，它表示傳感器在被測量量處于穩定狀態(tài)下輸入輸出的關(guān)系。

　　我們肯定特別希望傳感器的輸入與輸出成唯一的對應關(guān)系，而且最好呈線(xiàn)性關(guān)系，但現實(shí)沒(méi)有這么美好，一般情況下，輸入輸出不會(huì )完全符合所要求的線(xiàn)性關(guān)系，因傳感器本身存在著(zhù)遲滯、蠕變、摩擦等各種因素，以及受外界條件的各種影響。傳感器靜態(tài)特性的主要指標有：線(xiàn)性度、靈敏度、重復性、遲滯、分辨率、漂移、穩定性等，這些技術(shù)參數決定著(zhù)傳感器的合理選型，之后會(huì )做詳細介紹。

　　2) 傳感器的動(dòng)態(tài)特性

　　動(dòng)態(tài)特性是指輸入隨時(shí)間而變化的特性，它表示傳感器對隨時(shí)間變化的輸入量的響應特性。

　　也很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下測量，被測量量可能以各種形式隨時(shí)間變化。只要輸入量是時(shí)間的函數，則其輸出量也將是時(shí)間的函數，其關(guān)系要用動(dòng)特性來(lái)說(shuō)明。設計傳感器時(shí)，要根據其動(dòng)態(tài)性能要求和使用條件來(lái)選擇合理的方案以及確定合適的參數;使用傳感器時(shí)，要根據其動(dòng)態(tài)特性和使用條件確定合適的使用方法，同時(shí)要對給定條件下的傳感器動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行估計?？偟膩?lái)說(shuō)，傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于傳感器本身，也與被測量的形式有關(guān)。

　　傳感器選用哪家強?

　　當進(jìn)行一個(gè)具體的測量工作時(shí)，我們首先要考慮采用何種傳感器，這自然需要分析多方面的因素之后。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，要根據被測量量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮一些具體問(wèn)題：量程的大小，被測位置對傳感器體積的要求，測量方式為接觸式還是非接觸式，信號的引出方法，有線(xiàn)或是非接觸測量，傳感器的來(lái)源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，抑或是自行研制等諸如此類(lèi)。

　　考慮上述問(wèn)題之后一般就能確定選用何種類(lèi)型的傳感器，之后再考慮的就是傳感器的具體性能指標。

　　1. 靈敏度的選擇

　　通常，在傳感器的線(xiàn)性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時(shí)，對應的輸出信號的值才更大，有利于信號處理。還有一點(diǎn)需要注意，傳感器的靈敏度高，與被測量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì )被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。

　　此外，傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度較小的傳感器;如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

　　2. 頻率響應特性

　　傳感器的頻率響應特性決定了被測量量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真。實(shí)際上傳感器的響應總有一定的延遲，我們希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應越高，可測的信號頻率范圍就越寬。

　　在動(dòng)態(tài)測量中，應根據信號的特點(diǎn)(穩態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應特性，以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。

　　3. 線(xiàn)性范圍

　　傳感器的線(xiàn)形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定值。傳感器的線(xiàn)性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當傳感器的種類(lèi)確定以后，我們首先要看其量程是否滿(mǎn)足要求。

　　但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線(xiàn)性，其線(xiàn)性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內，可將非線(xiàn)性誤差較小的傳感器近似看作線(xiàn)性的，這會(huì )給測量帶來(lái)極大的方便。

　　4. 穩定性

　　傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱(chēng)為穩定性。影響傳感器長(cháng)期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。

　　在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進(jìn)行調查，并根據具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環(huán)境的影響。

　　傳感器的穩定性有定量指標，在超過(guò)使用期后，在使用前應重新進(jìn)行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。

　　在某些要求傳感器能長(cháng)期使用而又不能輕易更換或標定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長(cháng)時(shí)間的考驗。

　　5. 精度

　　精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統測量精度的一個(gè)重要環(huán)節。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿(mǎn)足整個(gè)測量系統的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿(mǎn)足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜的。

　　如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的;如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿(mǎn)足要求的傳感器。

　　對某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器，自制傳感器的性能要能滿(mǎn)足使用要求。